Stationenlernen Batterien und Akkumulatoren ... - Chik.die-sinis.de

Unterrichtsreihe
Wenn der Strom nicht aus der Steckdose kommt...
mobile Energiespeicher
Stationenlernen
Batterien und Akkumulatoren
Materialien der Arbeitskreises „Chemie im Kontext“ im Kölner Modell
Version April 2009
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www.chik.de
www.koelnermodell.de

Material erarbeitet von
Martin Sina (Gymnasium Am Turmhof, Mechernich / Studienseminar Vettweiß)
unter Mitarbeit von
Manuela Raida (Gesamtschule Kürten)
Martin Stettler (Referendar Studienseminar Vettweiß)
Linda Paas (Schülerin Gymnasium Am Turmhof, Mechernich)
Michael Weinert (Schüler Gymnasium Am Turmhof, Mechernich)
2
Inhaltsverzeichnis
1 Die Voltasche Säule – eine der bedeutendsten technischen Erfindungen aller Zeiten .............. 3
1.1 Aufgabenstellung ....................................................................................................... 3
1.2 Versuchsanleitung ..................................................................................................... 3
1.3 Material .................................................................................................................... 4
2 Das Leclanché-Element – die erste Trockenbatterie ............................................................. 6
2.1 Aufgabenstellung ....................................................................................................... 6
2.2 Versuchsanleitung ..................................................................................................... 6
2.3 Material .................................................................................................................... 7
3 Die Alkali-Mangan-Zelle: mehr Leistung und Sicherheit! ....................................................... 9
3.1 Aufgabenstellung ....................................................................................................... 9
3.2 Versuchsanleitung ..................................................................................................... 9
3.3 Material .................................................................................................................. 10
4 Strom im Auto: der Blei-Akkumulator ............................................................................... 12
4.1 Aufgabenstellung ..................................................................................................... 12
4.2 Versuchsanleitung ................................................................................................... 12
4.3 Material .................................................................................................................. 13
Potentiale etc................................................................................................................. 15
5 Der Nickel/Cadmium-Akkumulator ................................................................................... 16
5.1 Aufgabenstellung ..................................................................................................... 16
5.2 Versuchsanleitung ................................................................................................... 16
5.3 Material .................................................................................................................. 17
6 Der Nickel/Metallhydrid – Akkumulator ............................................................................. 20
6.1 Aufgabenstellung ..................................................................................................... 20
6.2 Versuchsanleitung ................................................................................................... 20
6.3 Material .................................................................................................................. 21
7 Hinweise für die Lehrkraft ............................................................................................... 24
7.1 Methodisch-didaktische Überlegungen ....................................................................... 24
7.2 Lösungen zu den Stationen ...................................................................................... 25
7.3 Gefährdungsbeurteilung nach dem Schutzstufenmodell............................................... 29
7.3.1 Gefährdungsbeurteilung Volta-Element ............................................................... 29
7.3.2 Gefährdungsbeurteilung Leclanché-Element ........................................................ 30
7.3.3 Gefährdungsbeurteilung Alkali-Mangan-Zelle ....................................................... 31
7.3.4 Gefährdungsbeurteilung Autobatterie (Blei-Akkumulator) ..................................... 32
7.3.5 Gefährdungsbeurteilung Nickel-Cadmium-Akku (NiCd) ......................................... 33
7.3.6 Gefährdungsbeurteilung Nickel-Metallhydrid-Akkumulator (NiMH) ......................... 34

3
1 Die Voltasche Säule – eine der bedeutendsten technischen Erfindungen
aller Zeiten
1.1 Aufgabenstellung
A 1.1 Führen Sie den Versuch sorgfältig durch! Protokollieren Sie Ihre Beobachtungen und deuten
Sie diese.
A 1.2 Stellen Sie alle ablaufenden Reaktionen mit den entsprechenden Potentialen zusammen,
berechnen Sie die theoretische Spannung und vergleichen Sie mit der gemessenen!
A 1.3 Vergleichen Sie den durchgeführten Versuch mit dem historischen!
A 1.4 Berechnen Sie die historisch verwendeten Redoxpaare. Entwickeln Sie eine Versuchsanordnung,
wie z.B. Natrium mit Hilfe der Voltaschen Säule dargestellt werden konnte!
1.2 Versuchsanleitung
Geräte
Filterpapier
Bierdeckel
Messgerät, Kabel, Klemme
Chemikalien Aluminiumfolie R: - S: -
5-Cent-Stücke R: - S: -
Haushaltsessig, 5%
(c(HAc) ca. 1 mol/L)
R: - S: -
Durchführung
1. Aus der Aluminiumfolie und dem Filterpapier werden so viele Kreise wie
Münzen vorhanden sind, ausgeschnitten, die etwas größer sind als die 5-
Cent-Stücke. Aus dem Bierfilz werden zwei schmale Streifen geschnitten.
2. Nun wird gestapelt: ein Bierdeckel-Kreis, dann immer Münze / Filterpapier
/ Alufolie usw., als Abschluss wieder ein Bierdeckel. Der ganze Stapel
wird in einer Klemme fixiert und etwas zusammengepresst.
3. Die gesamte Säule wird mit Essig übergossen, so dass die Filterpapiere
alle getränkt sind.
4. Zwischen der Münze am einen Ende der Säule und der Aluminiumfolie
am anderen Ende wird die Spannung gemessen.
5. Vergleichen Sie die Münzen zu Beginn und zu Ende des Versuchs!
weitere Sicherheitshinweise
Entsorgung
Kupferacetat: Die Münzen sollten nach der Durchführung des Versuches
abgespült werden, damit sich kein Kupferacetat bildet.
Hausmüll

1.3 Material
Die Voltasche Säule oder auch Voltasäule ist eine von Alessandro
Volta 1799/1800 entwickelte Anordnung, die als Vorläuferin
heutiger Batterien im 19. Jahrhundert eine große
Bedeutung als Stromquelle hatte. Sie besteht aus vielen
übereinander geschichteten Kupfer- und Zinkplättchen, zwischen
denen sich in bestimmter regelmäßiger Folge elektrolytgetränkte
Papp- oder Lederstücke befinden. Statt Kupfer
wurde auch Silber, statt Zink auch Zinn verwendet.
4
Abbildung 1: schematische Darstellung
Volta-Säule
Ein einzelnes Element der Voltaschen Säule
wird Voltaelement genannt. Es besteht beispielsweise
aus einer Kupferfolie, einer Elektrolytschicht
und einer Zinkfolie. Es liefert nur
eine geringe Spannung, weshalb in der Säule
viele solcher Elemente übereinander gestapelt
sind. Dabei ergibt sich die Stapelfolge Kupfer -
Elektrolyt - Zink - Kupfer - Elektrolyt - Zink,
d.h. Kupfer und Zink wechseln sich ab und der
Elektrolyt befindet sich in diesem Beispiel immer
zwischen Kupfer und Zink, aber nicht
zwischen Zink und Kupfer.
Die Voltasche Säule kann als eine der bedeutendsten
Erfindungen aller Zeiten eingestuft
werden, da sie als erste brauchbare kontinuierliche
Stromquelle die Erforschung der Elektrizität
ermöglichte – lange vor der Erfindung
des elektrischen Generators. Damit hat die
Voltasche Säule sowohl der Elektrotechnik als
auch der Elektronik und vielen weiteren technischen
Bereichen, beispielsweise der Galvanik,
den Weg bereitet. Ganz besonders wurden
intensive Forschungen hinsichtlich der
therapeutischen Anwendung des Gleichstromes
(galvanischer Strom, Galvanotherapie)
unmittelbar nach Bekanntmachung der Galvani-Voltaschen
Säule von zahlreichen Ärzten
durchgeführt, wie z.B. John Wesley, England,
Bischoff, C.H.E., Jena-1801 (De Usu
Galvanisimi in Arte Medica), Grapengiesser,
Martens, Berlin-1803, Golding Bird, London-
1840, Duchenne, Paris-1855 oder Remak,
Berlin-1858. Die Voltasche Säule war die erste
bedeutende
Abbildung 2: Volta-Säule, historischer Aufbau

5
Batterie und ermöglichte die Entdeckung der Elektrolyse und damit die erstmalige Herstellung vieler
unedler Elemente, insbesondere der Metalle Natrium, Kalium, Barium, Strontium, Calcium und
Magnesium durch Humphry Davy in den Jahren 1807 und 1808. Auch die ersten Versuche zur
Nachrichtenübermittlung durch die elektrische Telegrafie wurden erst durch die Erfindung Voltas
möglich.
Quellen
Abb. 1: http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:VoltascheSaeule_Schema.png (18.04.2009)
Abb. 2: http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Pila_di_Volta_01.jpg (18.04.2009)
Text: http://de.wikipedia.org/wiki/Voltasche_Säule (18.04.2009)

6
2 Das Leclanché-Element – die erste Trockenbatterie
2.1 Aufgabenstellung
A 2.1 Führen Sie den Versuch sorgfältig durch!
A 2.2 Deuten Sie ausführlich die Beobachtungen (Reaktionsschemata, gemessene Spannungen,
Verhalten während des Entladeprozesses).
A 2.3 Erläutern Sie, aus welchem Grund eine „Trockenbatterie― „auslaufen― kann!
2.2 Versuchsanleitung
Geräte
Stativ mit Klemme und Muffe
2 kleine Bechergläser
Reagenzglasklammer
Solarmotor, Messgerät, Kabel, Krokodilklemmen
Bierdeckel
Chemikalien Ammoniumchlorid R: S:
Mangandioxid Xn R: 20/22 S: (2)-25
Zinkblech-Elektrode R: - S: -
Kohle-Plattenelektrode R: - S: -
Stärke
Durchführung
1. Die Elektroden werden blank geschmirgelt, aus dem Bierdeckel wird eine
Platte geschnitten, die etwas kürzer ist als die Elektroden.
2. Es wird eine Mischung aus Mangandioxid, Wasser und Stärke angerührt,
so dass eine zähe Paste entsteht, im zweiten Becherglas wird eine gesättigte
Ammoniumchloridlösung hergestellt.
3. Die Kohleelektrode wird mit der Mischung bestrichen, darauf wird die
Bierdeckel-Pappe gelegt. Diese wird mit Ammoniumchlorid-Lösung getränkt.
Hierauf wird die Zink-Plattenelektrode gelegt, so dass sich an beiden
Elektroden jeweils eine Krokodilklemme befestigen lässt.
4. Die Batterie wird mit der RG-Klammer zusammengehalten, die RG-
Klammer kann in einem Stativ eingespannt werden. (Die RG-Klammer
fungiert als Halter, da bei zu großem Druck die Gefahr besteht, dass die
Kohleplatte bricht.)
5. Die Spannung wird gemessen, es kann eine Entladekurve aufgenommen
werden, hierzu wird parallel ein Solarmotor oder ein Widerstand geschaltet.
weitere Sicherheitshinweise
Entsorgung
-
abgekratzte Paste und Bierfilz: Feststoffabfall

7
2.3 Material
M 2.1 Aufbau
M 2.2 Funktion und Aufbau eines Leclanché-Elements
Beim Leclanché-Element 1 besteht die positive aktive Masse aus Mangandioxid MnO 2 , die negative
Masse ist metallisches Zink, als Elektrolyt wird eine (neutrale) Ammoniumchlorid-Lösung verwendet.
Die Vorgänge an den Elektroden und im Elektrolyten sind:
Anode: Zn Zn 2+ + 2 e -
Kathode: 2 MnO 2 + 2 H 2 O + 2 e - 2 MnOOH + 2 OH -
Elektrolyt:
Zn 2+ + 2 NH 4 Cl + 2 OH - Zn(NH 3 ) 2 Cl 2 + 2 H 2 O
Bei Stromentnahme wird also Mangandioxid zu MnOOH reduziert (Mn 4+ Mn 3+ ), und die primär
gebildeten Zink-Ionen reagieren mit dem Elektrolyten zu inaktivem Zn(NH 3 ) 2 Cl 2 . Die Brutto-
Zellreaktion ist danach wie folgt:
2 MnO 2 + Zn + 2 NH 4 Cl 2 MnOOH + Zn(NH 3 ) 2 Cl 2
Das thermodynamische Standardpotential der Zinkelektrode liegt bei -0,76 V, dasjenige der Mangandioxidelektrode
bei ca. +1.1 V. Die Ruhepotentiale unter Betriebsbedingungen ändern sich
gegenüber diesen Werten nach Maßgabe der herrschenden Zn 2+ -Aktivität (durch die Reaktion
im Elektrolyten gesteuert) bzw. der OH — Aktivität. Die theoretische Ermittlung der genauen Potentiale
konnte bisher nicht befriedigend durchgeführt werden. Beide Potentiale sind im gleichen Sinne
und Betrage pH-abhängig (am einfachsten daran zu erkennen, dass in der Zellreaktion Hydroxid-
Ionen nicht auftreten). Die praktischen Ruheklemmenspannungen liegen zwischen 1.5 und 1.6 Volt
und sind u. a. auch von der Herkunft des verwendeten Mangandioxids abhängig (z. B. natürliches
oder elektrolytisch hergestelltes MnO 2 ). Besonders bemerkt sei, dass sich bei Tiefentladungen die
Zellreaktion sowie die gebildeten Produkte ändern:
1
1865 von Leclanché erstmalig beschrieben.

2 MnO 2 + Zn + 2 NH 4 Cl + H 2 O 2 MnOOH + NH 3 + Zn(OH)Cl
8
Die Zinkelektrode ist einer der Fälle, in denen die elektrochemische Reaktion an der Oberfläche eines
kompakten Metalls ausreichend schnell ist. Demgegenüber muss für die Mangandioxidelektrode auf
eine poröse Mangandioxidmasse zurückgegriffen werden, die zur Erzielung ausreichender Leitfähigkeit
mit Kohlenstoff (Graphit, heute meist Acetylenruß) durchsetzt ist.
Im Falle des bekannten Trockenelements wird die Mangandioxid-Kohlenstoff-Masse zylindrisch ausgeformt,
ein zentraler Kohlestift übernimmt die Stromabnahme. Diese sog. Puppe wird in einen Becher
aus Reinzink eingesetzt. Die zwischen den Elektroden befindliche Ammoniumchlorid-Lösung ist
zur Herstellung eines kippsicheren „Trockenelements― mit Quellmitteln (Mehl, Stärke, Methylcellulose)
angedickt. Um zu verhindern, dass Elektrolyt austritt, werden die Zellen oftmals noch mit einem
äußeren Stahlmantel versehen („auslaufsichere Zellen―) 2 .
Elektrolyt und Selbstentladung
Aktive Massen können auch dann in den entladenen Zustand übergehen, wenn dem galvanischen
Element kein Strom entnommen wird: durch chemische Reaktion oder durch die Ausbildung einer
Mischelektrode (elektrochemische Korrosion). In galvanischen Elementen verwendete aktive Massen
müssen daher chemisch stabil sein und gegenüber möglichen elektrochemischen Korrosionsreaktionen
eine ausreichend hohe Überspannung aufweisen.
Als Beispiel seien die Verhältnisse an der Zinkelektrode des Leclanché-Elements betrachtet. Das Ruhepotential
dieser Elektrode liegt unter -0,8 V, das Wasserstoffpotential in der benutzten neutralen
Lösung beträgt nur -0,4 V. Die Wasserstoffüberspannung an Zink reicht nicht ganz aus, um eine
(stromlose) Metallauflösung nach Zn Zn 2+ +2 e - ; 2 H 2 0 + 2 e - H 2 +2 OH - zu verhindern
(Selbstentladung). Der Zinkbecher muss daher durch den Zusatz von Inhibitoren zur Elektrolytpaste
geschützt werden 3 . Die Gasentwicklung ist dann sehr viel geringer, und die Lagerfähigkeit des Elements
kann mehr als 3 Jahre betragen.
Quellen
M 2.1 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/7/78/Zink-Braunstein-Zelle.png
M 2.2 Hamann, Carl H., Wolf Vielstich, Elektrochemie. (Weinheim 3. Auflage 1998 (Wiley-VCH))
436-438.
2
3
Flüssigkeit kann durch gebildeten Wasserstoff (s. Folgeabschn.) und durch beim Entladevorgang aus Mangandioxid
freigesetztes Kristallwasser aus der Zelle herausgedrückt werden. Eine Variante enthält daher als Elektrolyt
(anstelle von Ammoniumchlorid oder als Zusatz) Zinkchlorid. Die dann in der Lösungsphase ablaufende Reaktion
ist wasserbindend (4 Zn 2+ + ZnCl 2 + 8 OH - + H 2 O ZnCl 2 4 ZnO 5 H 2 O).
Bis vor etwa 10 Jahren wurde der Zinkbecher zwecks Inhibition der stromlosen Auflösung innen amalgamiert (Ausnutzung
der hohen Wasserstoffüberspannung am Quecksilber).

9
3 Die Alkali-Mangan-Zelle: mehr Leistung und Sicherheit!
3.1 Aufgabenstellung
A 3.1 Führen Sie den Versuch sorgfältig durch!
A 3.2 Vergleichen Sie diese Zelle mit dem Leclanché-Element: in wie weit werden die Unterschiede
der technischen Zellen in den Versuchen umgesetzt?
A 3.3 Zeigen Sie mathematisch, dass die Potentialdifferenzen der Alkali-Mangan-Zelle und des
Leclanché-Elements trotz der pH-Abhängigkeit der Elektrodenpotentiale identisch sind!
3.2 Versuchsanleitung
Geräte
Stativ mit Klemme und Muffe
kleines Becherglas
Papierhandtuch (4-lagig, Laborbedarf)
Pasteurpipette
Reagenzglasklammer
Solarmotor, Messgerät, Kabel, Krokodilklemmen
Chemikalien Kalilauge c= 1 mol·L -1 C R: 22-35 S: (1/2)-26-36/37/39-45
Mangandioxid Xn R: 20/22 S: (2)-25
Zinkblech-Elektrode R: - S: -
Eisenblech-Elektrode R: - S: -
Durchführung
1. Die Elektroden werden blank geschmirgelt
2. Es wird eine Mischung aus 1 mL Kalilauge und 1,5 g Braunstein angerührt
3. Die Eisenelektrode wird dünn mit der Mischung bestrichen, darauf wird
eine Lage des vierlagigen Papiers gelegt, dieses wird mit Kalilauge gut
befeuchtet, hierauf wird die Zinkelektrode gelegt. Es ist sinnvoll, die beiden
Elektroden im 90°-Winkel aufeinanderzulegen, da sich dann problemlos
die Spannung messen lässt.
4. Die Batterie wird mit der RG-Klammer zusammengehalten und dann in
eine Stativklemme fest eingespannt (die RG-Klammer fungiert vor allem
als Isolator)
5. Die Spannung wird gemessen, es kann eine Entladekurve aufgenommen
werden, hierzu wird parallel ein Solarmotor oder ein Widerstand geschaltet.
weitere Sicherheitshinweise
Entsorgung
-
Feststoffabfall

10
3.3 Material
M 3.1 Aufbau
M 3.2 Die Alkali-Mangan-Zelle
Die Alkali-Mangan-Primärbatterie ist eine Weiterentwicklung des Leclanché-Systems. Wie dort werden
Zink und Mangandioxid als aktive Massen eingesetzt. Die Unterschiede sind:
- Als Elektrolyt wird Kalilauge verwendet. Die Reaktion des Mangandioxid erfolgt dann in zwei
Stufen bis zum Mangan(II)-hydroxid Mn(OH) 2
2 MnO 2 + 2 H 2 O + 2 e - 2 MnOOH + 2 OH -
MnOOH + H 2 O + e - Mn(OH) 2 + OH -
- Man verwendet nicht Zinkblech, sondern mit Lauge getränkte Zinkflitter als negative Elektrode
(Masseelektrode).
- Die Elektrodenanordnung wird gegenüber der Leclanché-Zelle umgekehrt zur sog. insideout-Anordnung.
Insgesamt werden die Batterieeigenschaften dadurch gegenüber dem Leclanché-Element bei
gleichbleibender Ruheklemmenspannung um bis zu 50% verbessert.
Die Mangandioxid-Elektrode ist vom Prinzip her eine Sekundärelektrode, die zweite Entladestufe ist
allerdings nur schlecht umkehrbar. Ersetzt man in einer marktgängigen inside-out-Zelle den Sepa-

11
rator durch ein gegenüber Dendritenwachstum 4 unempfindliches Material und entlädt nur die 1.
Stufe, so kann die Zelle bis zu 50mal wiederaufgeladen werden. Zukünftige Anwendungen eines
Mangandioxid-Zink-Akkumulators sind denkbar, da Zink und Mangandioxid als Rohstoffe billig und
praktisch unbegrenzt verfügbar sind.
Alkalische Zink-Mangandioxid-Batterien werden zur Erzielung höherer Elektrodenoberflächen und
damit Strombelastbarkeiten auch in Form eines sog. Elektrodenwickels ausgeführt (Zink- und Mangandioxid-Elektrode
werden in Folienform hergestellt und unter Zwischenfügen eines
laugegetränkten Separators umeinander aufgewickelt).
Quellen
M 3.1 http://www.wissen.de/wde/generator/substanzen/bilder/sigmalink/b/ba/bat_/
batterie_alkali_mangan_zelle_1817999,property=zoom.jpg
M 3.2 Hamann, Carl H., Wolf Vielstich, Elektrochemie. (Weinheim 3. Auflage 1998 (Wiley-VCH))
470.
4
Durch elektrochemische Vorgänge können auf den Elektroden von Akkumulatoren Dendriten wachsen.
Wenn sie den Separator zwischen den Elektroden durchdringen, führt dies zum Kurzschluss in der Zelle.
Dieser hat einen vollständigen Ausfall oder in schwächer ausgeprägten Fällen eine beschleunigte Selbstentladung
der Zelle zu Folge. Dieser Vorgang hat nichts mit dem Memory-Effekt zu tun.
http://de.wikipedia.org/wiki/Dendrit_(Kristallographie) (19.04.2009)

12
4 Strom im Auto: der Blei-Akkumulator
4.1 Aufgabenstellung
A 4.1 Führen Sie den Versuch durch!
A 4.2 Fertigen Sie ein sorgfältiges Versuchsprotokoll an: Schildern Sie möglichst genau alle Beobachtungen
auch an den Elektroden! Verwenden Sie bei der Deutung die entsprechende
Fachterminologie (Anode/Kathode / Plus-Pol/Minus-Pol / Oxidation/Reduktion)
A 4.3 Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen für die Überladung (vgl. Material und Durchführung
3.) Begründen Sie ausführlich, warum erst bei einer Spannung von mehr als 2,5 V der
zu beobachtende Effekt eintritt. Definieren Sie mit eigenen Worten die Begriffe Überspannung,
Zersetzungsspannung und Überpotential!
A 4.4 Erklären Sie, warum sich die Elektrodenpotentiale des Blei-Akkus von den Standard-
Elektroden-Potentialen unterscheiden! Berechnen Sie die Potentiale, nehmen Sie dazu an,
dass die Sulfationen-Konzentration c(SO 4 2- ) = 0,5 mol·L -1 beträgt. (Achtung: sinnvollerweise
betrachten Sie den Entladevorgang!)
A 4.5 Erläutern Sie, wie in der Autobatterie die Spannung von 12 V erreicht wird!
4.2 Versuchsanleitung
Geräte
Becherglas 50 mL
2 Bleibleche
Spannungsquelle, Kabel, 2 Krokodilklemmen, Verbraucher (z.B. Solarmotor)
Chemikalien Schwefelsäure c = ca. 2 mol·L -1 Xi R: 36/38 S: 26-30-45
(Batteriesäure,
siehe Entsorgung)
Durchführung 1. Es wird eine Spannung von 2,5 V für etwa 2 Minuten angelegt.
2. Nach dem Abschalten der Spannungsquelle werden die Elektroden
a. über ein Voltmeter
b. über den Verbraucher (Glühbirnchen bzw. Solarmotor)
miteinander verbunden
Der Versuch wird mehrfach wiederholt, dabei reicht es, wenn die Spannung
jeweils nur für 1 min angelegt wird.
3. Es wird für ca. 1 min eine Spannung von 4 V angelegt.
weitere Sicherheitshinweise
Entsorgung
Die Bleibleche dürfen keinesfalls geschmirgelt werden und sollten auch
nach Möglichkeit nicht mit den Händen angefasst werden, diese sind ansonsten
unmittelbar zu waschen.
Die Schwefelsäure wird in einer speziell beschrifteten Flasche (Schwefelsäure
für Bleiakku) aufbewahrt und kann immer wiederverwertet werden. Sie
darf keinesfalls in den Ausguss gegeben werden!
entfällt bei Beachtung der Sicherheitshinweise

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4.3 Material
M 4.1 Blei/Bleidioxid-System (Andere Bezeichnungen: Blei-Säure-Akku, Bleiakkumulator,
Lead-acid battery system)
Anwendung
Der Bleiakkumulator ist das am häufigsten angewandte Sekundärsystem. Die größten Stückzahlen
gehen in die Autoindustrie als Starterbatterie. Andere Anwendungen sind Traktionsbatterien in
Gabelstaplern, elektrisch angetriebenen Fahrzeugen und U-Booten. Notstromversorgungen für
große Anlagen werden allgemein mit Bleiakkumulatoren ausgerüstet. Batterien werden mit Kapazitäten
von 1 Ah bis zu 12.000 Ah gebaut.
Vereinfachte elektrochemische Reaktionsgleichungen
(Die Gleichungen beziehen sich auf den Ladevorgang, der Entladevorgang entspricht der Rückreaktion)
Negative Elektrode PbSO 4 + 2 H + + 2 e - Pb + H 2 SO 4
Positive Elektrode PbSO 4 + 2 H 2 O PbO 2 + 4 H + + SO 2- 4 + 2 e -
Summe 2 PbSO 4 + 2 H 2 O Pb + PbO 2 + 2 H 2 SO 4
Der Elektrolyt ist wässrige Schwefelsäure. Da die Schwefelsäure an den elektrochemischen Reaktionen
beteiligt ist, muss sie strenggenommen zu den aktiven Massen gerechnet werden. Die Säurekonzentration
kann daher als Maß für den Ladezustand des Bleiakkus verwendet werden. Da die
Säurekonzentration mit der Entladung abnimmt besteht bei einem teilentladenen Akku und tiefer
Umgebungstemperatur früher die Gefahr des Einfrierens der Elektrolytlösung. Mit eingefrorener
Elektrolytlösung kann die Batterie durch den höheren Innenwiderstand keinen hohen Laststrom
liefern.
Gegen Ladeschluss (nahezu alles PbSO 4 ist in PbO 2 umgewandelt), überschreitet die Zelle die Gasungsspannung
von 2,39 V und es beginnt eine Überladereaktion bei der aus dem in der Elektrolytlösung
enthaltenen Wasser Wasserstoff- und Sauerstoff-Gas erzeugt wird.
Achtung! Hochexplosive Gasmischung mit sehr niedriger Zündenergie und –temperatur.
Bei einigen Bauarten wird das gebildete Knallgas über eine Katalysatorpatrone zu Wasser rekombiniert
= kein Wasserverlust, wartungsarm.
Technische Daten
• Elektrolytlösung (RT):
o Konzentration Schwefelsäure: 36,9 Gew.% = 1,28 g/cm³ voll geladener Akku,
o 7,7 Gew.% = 1,05 g/cm³ entladener Akku
o für Schwefelsäure mit 1,28 g/cm³ RT gilt:
o Leitfähigkeit: 0,7 S/cm
o Gefrierpunkt: -60 °C
o Viskosität: 2,5 Centipoise
• Leerlaufspannung : 2,08 V, Nennspannung: 2 V
• Entladeschlussspannung: 1,4 bis 1,7 V je nach Belastung
• Nennentladestrom: C/20 = 1/20 der Nennkapazität [Ah] in [A]. Bei höheren Strömen verringert
sich die entnehmbare Kapazität.
• Lagertemperatur: -25 bis 60 °C
• Betriebstemperatur: -10 bis 60 °C
Achtung! Entladene Akkus frieren durch die geringere Schwefelsäurekonzentration rasch ein.

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• Theoretische spezifische Energie : 160 Wh/kg
• Praktische spez. Energie je nach Bauart: 25 bis 40 Wh/kg
• Praktische Energiedichte: 60 bis 95 Wh/l
• Energiewirkungsgrad : 70 bis 80 %
• Lebensdauer: 250 bis 1.000 Zyklen, hängt sehr stark von der Bauart und den Betriebsbedingungen
ab. Allgemein verringern folgende Faktoren die Lebensdauer: hohe Entladetiefe, Betriebstemperaturen
> 25 °C, Ladeschluss-Spannung > 2,30 V, lange Lagerzeit im teil- oder tiefentladenen
Zustand (gefüllte Akkus nur im geladenen Zustand lagern und regelmäßig nachladen!).
• Selbstentladung : je nach Bauart und Antimongehalt der Bleigitter bei Raumtemperatur 1 bis
20% im Monat. Bei einer Erhöhung der Lagertemperatur um jeweils 10 Grad verdoppelt sich die
Selbstentladungsrate.
• Bauarten: Vielfältige, dem jeweiligen Verwendungszweck angepasste Bauweisen. Neben den
offenzelligen Batterien mit flüssiger Schwefelsäure werden auch geschlossene Zellen mit eingedicktem
Elektrolyt (thixotrope Mischung mit Kieselsäure = SiO 2 ) hergestellt. Diese Batterien sind
lageunabhängig und werden mit einer max. Spannung von 2,35 V / Zelle geladen. Diese Betriebsweise
ergibt wartungsfreie Batterien, da beim Laden kein Wasserverlust auftritt.
M 4.2 Aufbau

15
M 4.3 Oxidationsstufen von Hauptgruppenmetallen
Die höchste Oxidationsstufe der Hauptgruppenelemente entspricht der Gruppennummer im PSE,
bei den Hauptgruppenmetallen sind vor allem die höchste und die um zwei erniedrigte Oxidationsstufe
von Bedeutung, diese niedrigere Oxidationsstufe gewinnt mit steigender Periode an Bedeutung.
Potentiale etc.
E 0 (Pb/PbSO 4 ) = - 0,36 V
E 0 (Pb/Pb 2+ ) = - 0,13 V
E 0 (H 2 /H + ) = 0,00 V
E 0 (H 2 O/O 2 ) = 1,23 V (pH = 0)
E 0 (Pb 2+ /PbO 2 ) = + 1,46 V (pH = 0)
KL(PbSO 4 ) = 2·10 -8 -2
mol
2·L
Gas
Elektrodenmaterial
Wasserstoff
M 4.4 Überspannung
In der Praxis wird zur Abscheidung von
Gasen an Elektroden in Abhängigkeit
von Ionenkonzentration, Stromdichte
und Elektrodenmaterial oft eine deutlich
höhere Spannung benötigt, als nach
dem Halbzellenpotential berechnet wer
den kann. Die Differenz zwischen Abscheidespannung
und Elektroden-
Potential bezeichnet man als Überspannung.
Eine Übersicht gibt nebenstehende Tabelle.
Überpotentiale / V
bei einer Stromdichte
von
10 -2 A/cm² 10 -1 A/cm²
Platin (platiniert) 0,03 0,05
Platin ( blank) 0,35 0,40
Eisen 0,53 0,64
Graphit 0,76 0,99
Zink 0,88 1,10
Quecksilber 1,15 1,21
Blei 1,24 1,26
Sauerstoff Platin (blank) 1,32 1,50
Eisen 0,48 0,56
Graphit 0,53 1,09
Palladium 1,01 1,21
Blei 0,97 1,02
Chlor Platin 0,008 0,05
Graphit 0,05 0,25
Quellen
http://www.ict.fhg.de/deutsch/scope/ae/bleisystem.html (18.11.2005)
Bildquelle: Cornelsen-Verlag

16
5 Der Nickel/Cadmium-Akkumulator
5.1 Aufgabenstellung
A 5.1 Fertigen Sie ein ausführliches Versuchsprotokoll an! Stellen Sie die Vorgänge bei den Lade/
Entladezyklen dar und verwenden Sie die entsprechende Fachterminologie (Anode/Kathode
/ Plus-Pol/Minus-Pol / Oxidation/Reduktion)
A 5.2 Vergleichen Sie den Ni/Cd-Akku mit der Bleibatterie, der Brennstoffzelle und dem NiMH-
Akku: arbeiten Sie die Vor- und Nachteile der verschiedenen Systeme sorgfältig heraus!
5.2 Versuchsanleitung
Geräte
Becherglas 50 mL
Nickelnetz
Cadmiumblech
Spannungsquelle, Kabel, 2 Krokodilklemmen, Verbraucher (z.B. Solarmotor),
Universalmessgerät
Chemikalien Kalilauge c = 5 mol·L -1 C R: 35 S: 26-36/37/39-45
Durchführung
weitere Sicherheitshinweise
Entsorgung
3. Die Nickelelektrode wird an den Plus-Pol der Spannungsquelle, das
Cadmiumblech an den Minuspol angeschlossen. Es wird 2 min mit
U = 2 V elektrolysiert (Elektrolyt: Kalilauge).
4. Die Nickel- und die Cadmiumelektrode werden über das Universalmessgerät
miteinander verbunden, die Spannung gemessen und die
Polung beobachtet.
5. Nach erneutem Elektrolysieren wird ein Verbraucher angeschlossen.
Die Cadmiumelektrode darf keinesfalls geschmirgelt werden, da Cadmiumstäube
sehr giftig sind! Es besteht für alle Cadmiumverbindungen außer
Cadmiumsulfat in der Schule Verwendungsverbot. Da in diesem Versuch
jedoch keine gelösten Stoffe oder Stäube anfallen, sondern das entstehende
Hydroxid fest auf der Elektrode haftet, ist eine Durchführung als Lehrerversuch
m.E. möglich.
Die Nickelnetzelektrode sollte nach Möglichkeit nicht mit der Haut in Berührung
kommen, da Nickel ein Kontaktallergen ist.
Da eine Kontamination durch Schwermetall-Ionen nicht ausgeschlossen
werden kann, wird die Kalilauge in das Abfallgefäß „schwermetallhaltige
Lösungen― gegeben.
Alternative: Die Kalilauge wird zur Wiederverwendung in diesem Versuch
gekennzeichnet aufbewahrt.

5.3 Material
17
M 5 Nickel/Cadmium-System
(Andere Bezeichnungen Ni/Cd, NiCd-Akku, Nickelakkumulator, NC-Akku, nickel/cadmium-system)
Anwendung
Gasdichte Nickel-Cadmium-Batterien werden häufig in Kleingeräten verwendet. Es gibt sie in verschiedenen
Bauformen (Knopfzellen, Rundellen, prismatische Batteriepacks). Die Nennspannung
einer einzelnen Zelle beträgt 1,3 V.
Daneben gibt es prismatische Batterien in offener Bauweise, die wegen ihrer hohen Leistung und
Kapazität vorwiegend in Notstromaggregaten und als Starterbatterie in der Luftfahrt eingesetzt
werden.
Ni/Cd-Batterien werden mit Kapazitäten von 10 mAh (Knopfzelle) bis >300 Ah (offene Bauweise)
gefertigt.
Vereinfachte elektrochemische Reaktionsgleichungen
(Die Gleichungen beziehen sich auf den Ladevorgang, der Entladevorgang entspricht der Rückreaktion)
Laden
Negative Elektrode Cd(OH) 2 + 2e - Cd + 2 OH -
Positive Elektrode 2 Ni(OH) 2 + 2 OH - 2 NiOOH + 2 H 2 O + 2 e -
Summe Cd(OH) 2 + 2 Ni(OH) 2 Cd + 2 NiOOH + 2 H 2 O
Als Elektrolyt wird Kalilauge mit einer Dichte von 1,19 – 1,30 g/cm 3 (entspricht ca. 20-30 Gew. %)
verwandt. Höhere Konzentrationen bewirken eine größere Entladekapazität bei verringerter Lebensdauer.
Gegen Ladeschluss überschreitet die Zelle die Gasungsspannung von 1,55 bis 1,6 V/Zelle und es
beginnt bei offenen Zellen eine Überladereaktion, bei der aus dem in der Elektrolytlösung enthaltenen
Wasser Wasserstoff- und Sauerstoffgas erzeugt wird, das entweicht:
Überladung
Negative Elektrode 4 H 2 O + 4e - 2 H 2 + 4 OH - (H 2 -Entwicklung)
Positive Elektrode 4 OH - 2 H 2 O + O 2 + 4e - (O 2 -Entwicklung)
Gesamtreaktion 2H 2 O 2 H 2 + O 2 (Knallgas)
Bei offenen Zellen muss der Verlust an Wasser von Zeit zu Zeit durch Nachfüllen von destilliertem
Wasser ausgeglichen werden.
Zur Vermeidung der Gasentwicklung sind gasdichte Zellen sind mit einer überdimensionierten negativen
Elektrode ausgestattet, die eine Ladereserve aus Cadmiumhydroxid enthält. Wird nach
vollständigem Laden der Zelle weitergeladen, so wird dieses zu Cadmium reduziert, es entsteht
kein Wasserstoff. Der am Plus-Pol entstehende Sauerstoff diffundiert zur Cadmium-Elektrode und
oxidiert diese.
Weiterentwickelte gasdichte Faserstruktur-Ni/Cd-Zellen enthalten spezielle Faserstruktur-
Rekombinationselektroden. Der entwickelte Sauerstoff gelangt über den Gasraum zur Rekombinationselektrode
und wird an der katalytischen Oberfläche so schnell rekombiniert, dass sich im Betrieb
ein leichter Unterdruck einstellt. Schnellladung ist möglich.

18
Technische Daten
Ni/Cd-System offen gasdicht
Elektrolytlösung KOH Dichte 1,17 – 1,19 g/cm 3 Dichte 1,24 – 1,3 g/cm 3
Leitfähigkeit (20 °C) 0,5 S/cm 0,63 S/cm
Gefrierpunkt - 46°C
Leerlaufspannung 1,35 V 1,28 – 1,35 V
Spannung unter Nennlast 1,2 V 1,2 V
Betriebstemperatur - 20 bis 45°C - 20 bis + 50°C, (60°C)
empfohlen: +10 - 45°C
spez. Energie
(theoretisch 210 Wh/kg)
Energiedichte
Lebensdauer
(bei mittlerer Temperatur)
25 Wh/kg 40 Wh/kg, 25 bis 35 Wh/kg mit Faserstrukturelektroden
35 bis 100 Wh/l
Bis 15 Jahre; 1500 - 4000 Zyklen
(je nach Elektrodentyp)
Schockbelastbarkeit gut sehr gut
Energiewirkungsgrad 70-80 % 60 bis 70%
ca. 4 Jahre; 1000 – 2000 Zyklen
(abhängig von der Nutzung)
Besonderheiten
Die Viskosität der Elektrolytlösung fällt stark mit der Temperatur ab. Bei tiefen Temperaturen und
großen Lade/Entladeströmen können durch verminderte Diffusion Dichteunterschiede eintreten,
die Potentialabfall und lokales Einfrieren bewirken.
Memory-Effekt: Ni/Cd-Zellen können u.a. durch wiederholte Teilentladung eine 2. Entladestufe
entwickeln, die um 120 mV tiefer liegt. Es scheint, dass sich die Zelle daran erinnert, vorher nur
eine Teilkapazität abgegeben zu haben. Ursache ist die Kornvergröberung des Cadmiums und Bildung
einer intermetallischen Phase der Zusammensetzung Ni 5 Cd 21 . Zur Beseitigung des Memory-
Effektes muss die Zelle zunächst tiefentladen und anschließend mit Nennstrom und doppelter Ladezeit
aufgeladen werden. Dadurch werden die aktiven Massen wieder vollständig aufgeladen.
Selbstentladung: Abhängig von Bauart und Temperatur. Bei -20 °C ca. 1% pro Monat. Bei Raumtemperatur
ca. 15% Kapazitätsverlust /Monat, bei 45°C ca. 80% in den ersten drei Monaten, danach
ca. 3% / Monat.
Bauarten: Vielfältige, dem jeweiligen Verwendungszweck angepasste Bauweisen. Neben den
offenzelligen Batterien mit flüssiger Kalilauge werden gasdichte Zellen mit Überladeschutz hergestellt.
Diese Batterien sind lageunabhängig und werden mit einer max. Spannung von 1,55 V geladen.
Geschlossene Batterien sind wartungsfrei, da beim Laden kein Wasserverlust auftritt. Neuere
Batterien enthalten Sinter- oder Faserstrukturelektroden. Letztere können in einer Stunde geladen
werden.
Vorteile des Systems: Zuverlässig, langlebig, robust, tiefentladefähig, lange Standzeit im entladenen
Zustand, auch bei tiefen Temperaturen entladefähig, Schnellladung bei bestimmten Bauarten
möglich.
Nachteile des Systems: Die Cadmiumbelastung der Umwelt in den Industriestaaten stammt
weitgehend aus der Deponierung verbrauchter NiCd-Akkus. Das giftige Cadmium bildet lösliche
Verbindungen und gelangt so ins Grundwasser. Trotz der Einführung der Batterieverordnung
(BattV) im Jahr 1998 mit einer Rückgabepflicht der Verbraucher und einer Rücknahmepflicht der
Hersteller ist die Rücklaufquote bei den kleineren Haushaltsbatterien schlecht. In der Europäische
Union ist das Inverkehrbringen von NiCd-Akkus seit dem 26.09.2008 verboten.
Ausnahmen vom Inverkehrsetzungsverbot für NiCd-Akkumulatoren bestehen nur für medizinische
Geräte, Notsysteme und Alarmsysteme, einschließlich Notbeleuchtung und schnurlosen Elektrowerkzeugen.

19
Quellen
Batterie-Glossar des Fraunhofer ICT http://www.ict.fhg.de/deutsch/scope/ae/nikohcd.html
(05.09.2005)
M. Tausch/M. von Wachtendonk, Chemie 2000+ Band 2 (Buchner-Verlag, Bamberg 2004) S. 50.

20
6 Der Nickel/Metallhydrid – Akkumulator
6.1 Aufgabenstellung
A 6.1 Führen Sie den Versuch sorgfältig durch!
A 6.2 Notieren Sie alle Beobachtungen bei den Schritten 2-4 und deuten Sie diese sorgfältig. Verwenden
Sie dazu die untenstehenden Informationen!
A 6.3 Erklären Sie, aus welchem Grund nur mit U = 2 V elektrolysiert wird! (Welche Reaktion würde
ansonsten anodisch ablaufen? Warum läuft diese Reaktion bei der gewählten Spannung
nicht ab?)
A 6.4 Erläutern Sie, warum die Potentiale unter 3.3.3 keine Normalpotentiale sind und aus welchem
Grund dort pH-Werte angegeben sind! Zeigen Sie, dass das Potential einer Wasserstoffhalbzelle
bei pH = 14 dem angegebenen Wert entspricht!
A 6.5 Informieren Sie sich über den Begriff „Hydrid―: Was versteht man im allgemeinen unter Hydriden?
Welche besondere Form des Hydrids liegt in dieser Akkumulator-Bauform vor?
6.2 Versuchsanleitung
Geräte
Becherglas 50 mL
Nickelnetz (in Elektrochemiekästen enthalten, i.d.R. palladiniert)
Platinelektrode
Stromquelle, Universalmessgerät, 2 Kabel, Krokodilklemme
Chemikalien Kalilauge c = 5 mol·L -1 C R: 35 S: 26-36/37/39-45
Durchführung
Entsorgung
1. Die Elektroden werden in ein Becherglas mit 25 mL Kalilauge gestellt,
dabei sollte die Nickelelektrode wegen möglicher Kontaktallergien nicht
mit der Hand angefasst werden.
2. Es wird ca. 2 min bei 2 V elektrolysiert, dabei wird das Nickelnetz als
Anode (Plus-Pol) und die Platinelektrode als Kathode (Minus-Pol) geschaltet.
3. Die Kabel werden von der Spannungsquelle getrennt und mit dem Universalmessgerät
(Messbereich: 2 V =) verbunden.
4. Es wird eine Entladekurve aufgenommen (Spannung gegen Zeit, Intervalle:
zu Beginn 30 s, später 5 min)
Schwermetallsalzhaltige Lösungen

6.3 Material
M 6.1 Nickel/Metallhydrid-System
(Andere Bezeichnungen: Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, nickel/hydride-system)
21
Anwendung
Das System enthält weniger Umwelt belastende Stoffe und ist kompatibel mit dem Ni/Cd-System.
Ein Ersatz von Nickel-Cadmium Akkumulatoren in Geräten ist überall möglich, wo es nicht auf extreme
Hochstromentladung ankommt.
Man unterscheidet Hochdruck-Batterien, bei denen der Wasserstoff in einem Druckbehälter gespeichert
ist und Niederdruck-Batterien, bei denen der Wasserstoff an eine Metalllegierung gebunden
ist. Hochdruckbatterien werden für sehr langlebige Stromversorgung von Satelliten verwendet.
Große, prismatische Akkus werden als Traktionsbatterien eingesetzt.
Vereinfachte elektrochemische Reaktionsgleichungen
(Die Gleichungen beziehen sich auf den Ladevorgang, der Entladevorgang entspricht der Rückreaktion)
M = Wasserstoff speichernde Legierung
(z.B. Typ AB 5 : MmNi 3,5 Co 0,7 Mn 0,4 Al 0,3 , Mm = Lanthanreiches Mischmetall mit 50% Lanthan, 30%
Cer und 14% Neodym; Typ AB 2 : V 15 Ti 15 Zr 20 Ni 28 Cr 5 Co 5 Fe 6 Mn 6 )
MH = Metallhydrid, beim Ladevorgang wird an der negativen Elektrode atomarer Wasserstoff erzeugt
und sofort in das Kristallgitter der Elektrode aufgenommen, s.u.
Negative Elektrode: M + H 2 O + e - MH + OH -
Positive Elektrode: Ni(OH) 2 + OH - NiOOH + H 2 O + e -
Summe: M + Ni(OH) 2 MH + NiOOH
Überladung
positive Elektrode: 2 OH - 2 e - + ½ O 2 + H 2 O
negative Elektrode: 2 H 2 O + 2e - 2 OH - + H 2
Rekombination: ½ O 2 + H 2 H 2 O
Technische Daten
Elektrolytlösung:
Kalilauge mit Lithiumhydroxid-Anteilen
Konzentration der Kalilauge: 26 bis 31 Gew.%, üblich 30 Gew.%
Leitfähigkeit (20 °C): 0,54 S/cm
Gefrierpunkt: -46 °C
Zellspannung:
Nennspannung:
1,2 V
Leerlauf:
1,4 V
Arbeitsspannung:
1,25 bis 1,10 V
Entladeschluss:
1,0 V
Betriebstemperatur:
-20 bis 50 °C, empfohlen: Laden 10-35°C, Entladen 0-25°C
Theoretische spezifische Energie: 378 Wh/kg
Praktische spez. Energie:
50 bis 80 Wh/kg
Energieinhalt volumetrisch: 170 bis 200 Wh/l
Entladeprofil:
flach
Energiedichte:
mäßig bis hoch
Selbstentladung bei 20°C / Monat: 20 %
Lebensdauer:
2 bis 5 Jahre

22
Mögliche Zyklen:
Bauarten:
300 bis 1000 Zyklen
Vorwiegend Knopf- und Rundzellen, aber auch prismatische
Zellen und entsprechende Batteriepacks.
Hochdruckausführung mit gasförmig gespeichertem Wasserstoff
(30 bis 40 bar) für die Reservestromversorgung von Satelliten.
Diese Ausführung zeichnet sich insbesondere durch
hohe Zyklenzahl (1500 bis 6000 Zyklen) aus. Nachteilig ist die
hohe Selbstentladerate von 60% / Monat.
Besonderheiten
Im Gegensatz zum Ni/Cd-System tritt kaum ein Memory-Effekt auf.
Wie beim Ni/Cd-System ist begrenzte Überladung im geschlossenen System möglich. Überschüssiges
Elektrodenmaterial in der negativen Elektrode dient als Lade-Entladereserve und verzehrt den
gegen Ende der Ladung und bei Überladung entstehende Sauerstoff.
Die Temperatur hat erheblichen Einfluss auf Kapazität, Spannungslage und Lebensdauer der Zelle.
Vorteile: Hohe spez. Energie, weniger Umwelt belastenden Inhaltsstoffe als NiCd-System, zuverlässig,
langlebig, robust, tiefentladefähig, lange Standzeit im entladenen Zustand, auch bei tiefen
Temperaturen entladefähig. Hohe Ströme möglich.
Nachteile: Höhere Kosten als NiCd-System, höhere Selbstentladungsrate als bei NiCd-System
(besonders bei erhöhter Temperatur), geringere Lebensdauer.
M 6.2 Metallhydride
Sammelbezeichnung für Verbindungen von Metallen mit Wasserstoff; die Verbindungen der Halbmetalle
mit Wasserstoff bleiben hier unberücksichtigt. Es gibt stöchiometrische Metallhydride
(Beisp.: die Hydride der Alkali- u. Erdalkalimetalle), hochpolymere Metallhydride (diejenigen von
Al, Be u. Mg), die sogenannten komplexen Metallhydride (Beisp.: Alanate, Boranate) und die hier
interessierenden nichtstöchiometrischen Metallhydride, die im Gegensatz zu den vorerwähnten
salzartigen und Hydridionen-haltigen Metallhydride metallartig sind und den Legierungen ähneln.
Die nichtstöchiometrischen Metallhydride werden besonders von Übergangsmetallen und intermetallischen
Verbindungen gebildet und sind spröde, im Allgemeinen luft- und wasserbeständige
Massen. Sie stellen feste Lösungen von Wasserstoff in Metallen dar, in denen H-Atome Zwischengitterplätze
besetzen, wodurch das Kristallgitter stark aufgeweitet wird. Ein Raumteil Eisen kann
z.B. 19, Gold 46, Platin 50 u. Palladium gar 500–900 Raumteile Wasserstoff aufnehmen, was seine
bes. Eignung als Hydrierungs-Katalysator verständlich macht. Bei der H-Einlagerung werden die
zunächst an der Metalloberfläche adsorbierten H 2 -Moleküle in H-Atome gespalten, die dann in das
Gitter aufgenommen werden.
Herstellung: Sie erfolgt im Allgemeinen durch direkte Einwirkung von H 2 auf – möglichst fein verteiltes
– Metall unter Druck bei erhöhter Temperatur Die H 2 -Aufnahme ist weitgehend reversibel,
d.h. durch Druckverminderung bei gegebener Temperatur (oder Temperatur-Erhöhung bei gegebenem
Druck) wird der Wasserstoff wieder abgegeben; die Be- und Entladung sollte beliebig wiederholt
werden können. Einige Legierungen wie z.B. LaNi 5 od. CaNi 5 reagieren schon bei Raumtemperatur
mit H 2 , ebenso FeTi mit 5% Mn, während reine FeTi-Legierungen zuvor aktiviert werden
müssen.
Die Metallhydride stellen somit Wasserstoff-Speicher dar, die z.B. in Brennstoffzellen oder in H 2 -
getriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt werden können, und in Spraydosen zur Erzeugung des
Zerstäubungsdrucks durch Wasserstoff (statt FCKW) geeignet erscheinen. [...]
Potentiale
2 H 2 O + 2 e - H 2 + 2 OH - E 0 = - 0,83 V (pH = 14)
NiOOH + H 2 O + e - Ni(OH) 2 + OH - E 0 = + 0,49 V (pH = 14)
O 2 + 2 H 2 O + 4 e - 4 OH - E 0 = + 0,40 V (pH = 14)

23
Quellen
M 6.1: Batterie-Glossar des Fraunhofer ICT
http://www.ict.fhg.de/deutsch/scope/ae/nimehysys.html (05.09.2005)
M 6.2: CD Römpp Chemie Lexikon – Version 1.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1995

24
7 Hinweise für die Lehrkraft
7.1 Methodisch-didaktische Überlegungen
Dieses Material kann vielfältig eingesetzt werden:
Bei viel Zeit oder z.B. in einem Leistungskurs können die Schülerinnen und Schüler es als klassisches
Stationenlernen bearbeiten:
Alle Stationen werden an verschiedenen Stellen aufgebaut und die Schülerinnen und Schüler beginnen
an einer beliebigen Station, können die Stationen auch im Prinzip in beliebiger Reihenfolge
bearbeiten.
Es können selbstverständlich auch einzelne Stationen aus dem Material herausgelöst werden und
z.B. nur die Akkumulatoren (Stationen 4-6) oder nur die Batterien (Stationen 1-3) bearbeitet werden.
Eine weitere Möglichkeit ist es, den Schülerinnen und Schüler das Material als arbeitsteilige Gruppenarbeit
zur Verfügung zu stellen und als Kurzreferate in der Lerngruppe thematisieren zu lassen.
Die Station 5 Nickel-Cadmium-Akkumulator ist dabei als Lehrer-Demonstrationsversuch eingeplant,
kann aber auch, wenn einmal aufgebaut, von den Schülerinnen und Schüler unter Beachtung der
entsprechenden Sicherheitsbestimmungen selbst gemessen werden, da es beim Messen zu keinem
Kontakt mit den Lösungen und Metallen kommt.

7.2 Lösungen zu den Stationen
25
A 1.1 Führen Sie den Versuch sorgfältig durch! Protokollieren Sie Ihre Beobachtungen und deuten
Sie diese.
Bei der Voltaschen Säule handelt es sich um eine Reihe von hintereinander geschalteten
galvanischen Zellen. Am negativen Pol, der hier Anode ist, da hier die Oxidation stattfindet,
geht das unedlere Metall in Lösung: Das Zinkplättchen löst sich auf: Jedes Zinkatom, das
als Zinkion in Lösung geht, gibt zwei Elektronen ab; in der Zinkelektrode entsteht so ein
Elektronenüberschuss, weshalb sie den negativen Pol bildet. An der positiven Elektrode, der
Kathode, da hier die Reduktion stattfindet, sind mehrere Reaktionen möglich. Handelt es
sich um Kupferplatten, die nicht poliert wurden, sind sie mit einer Oxidschicht bedeckt.
Dann läuft zunächst die Reduktion ab. Diese kann auch erfolgen, wenn das Kupfer aufgrund
der Anwesenheit von Luftsauerstoff in Lösung gegangen ist. Die Voltasche Säule
funktioniert aber auch, wenn poliertes Kupfer oder Silber als Elek-troden verwendet werden,
wenn also gar keine Kupfer- oder Silberionen vorhanden sind. Dann wird Sauerstoff
aus der Luft am Kupfer oder Silber reduziert: Verwendet man an Stelle eines neutralen
Elektrolyten (z. B. Salzwasser) einen sauren (z. B. Essig oder verdünnte Schwefelsäure oder
Salzsäure), so werden am Kupfer bzw. Silber Wasserstoffionen reduziert. Die Wasserstoffentwicklung
erfolgt nicht nur an der Zinkelektrode, weil Wasserstoff an Zink eine deutlich
größere Überspannung hat als an Kupfer oder Silber.
A 1.2 Stellen Sie alle ablaufenden Reaktionen mit den entsprechenden Potentialen zusammen,
berechnen Sie die theoretische Spannung und vergleichen Sie mit der gemessenen!
A 1.3 Vergleichen Sie den durchgeführten Versuch mit dem historischen!
A 1.4 Berechnen Sie die historisch verwendeten Redoxpaare. Entwickeln Sie eine Versuchsanordnung,
wie z.B. Natrium mit Hilfe der Voltaschen Säule dargestellt werden konnte!
Davy hat 1807 erstmals Natrium mit der Schmelzflusselektrolyse von geschmolzenem Natriumhydroxid
dargestellt. 5
A 2.1 Führen Sie den Versuch sorgfältig durch!
A 2.2 Deuten Sie ausführlich die Beobachtungen (Reaktionsschemata, gemessene Spannungen,
Verhalten während des Entladeprozesses)
A 2.3 Erläutern Sie, aus welchem Grund eine „Trockenbatterie― „auslaufen― kann!
A 3.1 Führen Sie den Versuch sorgfältig durch!
A 3.2 Vergleichen Sie diese Zelle mit dem Leclanché-Element: in wie weit werden die Unterschiede
der technischen Zellen in den Versuchen umgesetzt?
A 3.3 Zeigen Sie mathematisch, dass die Potentialdifferenzen der Alkali-Mangan-Zelle und des
Leclanché-Elements trotz der pH-Abhängigkeit der Elektrodenpotentiale identisch sind!
5
Dieser Versuch kann auch in der Schule durchgeführt werden (Lehrerversuch!), dazu wird Natriumhydroxid
in einem Edelstahlgefäß zum Schmelzen erhitzt (318°C, die Schmelze wird knapp über dem Schmelzpunkt
gehalten, da sich ab ca. 330°C Natrium in der Schmelze löst!). Der Edelstahltiegel wird als Anode,
ein Kupferdraht als Kathode genutzt, die Spannung wird so gewählt, dass nur eine geringe Gasentwicklung
zu beobachten ist.
Es darf keinesfalls mit Glasgeräten gearbeitet werden (Thermometer!), da flüsiges NaOH Glas stark angreift.

26
A 4.1 Führen Sie den Versuch durch!
A 4.2 Fertigen Sie ein sorgfältiges Versuchsprotokoll an: Schildern Sie möglichst genau alle Beobachtungen
auch an den Elektroden! Verwenden Sie bei der Deutung die entsprechende
Fachterminologie (Anode/Kathode / Plus-Pol/Minus-Pol / Oxidation/Reduktion)
A 4.3 Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen für die Überladung (vgl. Material und Durchführung
3.) Begründen Sie ausführlich, warum erst bei einer Spannung von mehr als 2,5 V der
zu beobachtende Effekt eintritt. Definieren Sie mit eigenen Worten die Begriffe Überspannung,
Zersetzungsspannung und Überpotential!
A 4.4 Erklären Sie, warum sich die Elektrodenpotentiale des Blei-Akkus von den Standard-
Elektroden-Potentialen unterscheiden! Berechnen Sie die Potentiale, nehmen Sie dazu an,
dass die Sulfationen-Konzentration c(SO 4 2- ) = 0,5 mol·L -1 beträgt. (Achtung: sinnvollerweise
betrachten Sie den Entladevorgang!)
A 4.5 Erläutern Sie, wie in der Autobatterie die Spannung von 12 V erreicht wird!
A 5.1 Fertigen Sie ein ausführliches Versuchsprotokoll an! Stellen Sie die Vorgänge bei den Lade/
Entladezyklen dar und verwenden Sie die entsprechende Fachterminologie (Anode/Kathode
/ Plus-Pol/Minus-Pol / Oxidation/Reduktion)
Erstes Laden:
+/Oxidation/Anode 4 Ni + 6 OH - 2 NiOOH + 2 H 2 O + 6 e -
-/Reduktion/Kathode 6 H 2 O + 6 e - 3 H 2 + 6 OH - (Gasen: H 2 -Entwicklung)
Summe 4 Ni + 4 H 2 O 2 NiOOH + 3 H 2
Beim Laden entsteht an der Nickel-Elektrode Nickel(III)-hydroxid, dieses ist an der
Schwarzfärbung zu erkennen. An der Cadmium-Elektrode findet beim ersten Laden ausschließlich
eine Gasentwicklung statt! Bei weiteren Ladezyklen wird aus dem beim Entladen
entstandenen Cadmiumhydroxid wieder metallisches Cadmium.
Laden:
-/Reduktion/Kathode Cd(OH) 2 + 2e - Cd + 2 OH -
+/Oxidation/Anode 2 Ni(OH) 2 + 2 OH - 2 NiOOH + 2 H 2 O + 2 e -
Summe Cd(OH) 2 + 2 Ni(OH) 2 Cd + 2 NiOOH + 2 H 2 O
In Schritt 2 liefert das elektrochemische Element eine Spannung von ca. 1,1-1,2 V, dies
entspricht der Nennspannung des NiCd-Akkus.
Entladen:
-/Oxidation/Anode Cd + 2 OH - Cd(OH) 2 + 2e -
+/Reduktion/Kathode 2 NiOOH + 2 H 2 O + 2 e - 2 Ni(OH) 2 + 2 OH -
Summe Cd + 2 NiOOH + 2 H 2 O Cd(OH) 2 + 2 Ni(OH) 2
Wird ein Verbraucher an die Zelle angeschlossen, so bricht nach kurzer Zeit die Spannung
stark ein. Offensichtlich ist die Kapazität des Elementes sehr gering, es fließt nur ein geringer
Strom.

27
A 5.2 Vergleichen Sie den Ni/Cd-Akku mit der Bleibatterie, der Brennstoffzelle und dem NiMH-
Akku: arbeiten Sie die Vor- und Nachteile der verschiedenen Systeme sorgfältig heraus!
A 6.1 Führen Sie den Versuch sorgfältig durch!
A 6.2 Notieren Sie alle Beobachtungen bei den Schritten 2-4 und deuten Sie diese sorgfältig. Verwenden
Sie dazu die untenstehenden Informationen!
Beobachtungen
zu 2. Das Nickelnetz verfärbt sich schwarz, es ist eine geringe Gasentwicklung zu beobachten,
an der Platinelektrode ist nach kurzer Zeit eine kräftigere Gasentwicklung zu beobachten.
zu 3. zu Beginn der Messung beträgt die Spannung 1,4 V, diese sinkt recht schnell auf ca.
1,2 V ab um dann langsam weiter abzusinken.
zu 4.
Entladekurve NiMH-Akkumulator
V
/
U
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41
t/min
Deutung
zu 2. Die Schwarzfärbung deutet auf das entstehende Nickel(III)-hydroxid NiOOH hin, Nickel(II)-hydroxid
ist grün.
Ni(OH) 2 + OH - NiOOH + H 2 O + e -
Bei der Gasentwicklung handelt es sich um geringe Menge an Sauerstoff, auch wenn die
Sauerstoffbildung gehemmt ist (s.u.)
An der Platinelektrode bildet sich das Metallhydrid, d.h., es wird Wasserstoff gebildet und
dieser löst sich im Platin der Elektrode. Ist die Elektrode gesättigt, so entweicht Wasserstoff.
zunächst: M + H 2 O + e - MH + OH -
dann: 2 H 2 O + 2 e - H 2 + 2 OH -
Gesamtreaktionsschema: M + 3 H 2 O + 3 e - MH + H 2 + 3 OH -
zu 3. 1,4 V entspricht der Leerlaufspannung des Akkumulatortyps, 1,2 V der Spannung unter
Last, da es sich in diesem Modellversuch um einen sehr leistungsschwachen Aufbau handelt
(gemessene Stromstärke: 0,4 mA) reicht bereits der geringe Widerstand des Messgerätes
aus, um nach kurzer Zeit den Akkumulator in den Lastbereich zu bekommen.
zu 4. vgl. zu 3.

28
A 6.3 Erklären Sie, aus welchem Grund nur mit U = 2 V elektrolysiert wird! (Welche Reaktion würde
ansonsten anodisch ablaufen? Warum läuft diese Reaktion bei der gewählten Spannung
nicht ab?)
Anodisch würde als Nebenreaktion Sauerstoff abgeschieden. Eigentlich ist das Potential der
Oxidation des Sauerstoffs bei pH = 14 mit + 0,4 V geringer als das der Oxidation von Ni(II)
zu Ni(III). Offensichtlich hat die Abscheidung von Sauerstoff ein Überpotential an der Nickelelektrode.
Dieses Abscheidepotential (= Normalpotential + Überpotential) wird bei Spannungserhöhung
überschritten.
A 6.4 Erläutern Sie, warum die Potentiale unter 3.3.3 keine Normalpotentiale sind und aus welchem
Grund dort pH-Werte angegeben sind! Zeigen Sie, dass das Potential einer Wasserstoffhalbzelle
bei pH = 14 dem angegebenen Wert entspricht!
A 6.5 Informieren Sie sich über den Begriff „Hydrid―: Was versteht man im allgemeinen unter Hydriden?
Welche besondere Form des Hydrids liegt in dieser Akkumulator-Bauform vor?

29
7.3 Gefährdungsbeurteilung nach dem Schutzstufenmodell
7.3.1 Gefährdungsbeurteilung Volta-Element
Geräte
Filterpapier
Bierdeckel
Messgerät, Kabel, Klemme
Chemikalien Aluminiumfolie R: - S: -
5-Cent-Stücke R: - S: -
Haushaltsessig, 5%
(c(HAc) ca. 1 mol/L)
R: - S: -
Durchführung
1. Aus der Aluminiumfolie und dem Filterpapier werden so viele Kreise wie Münzen
vorhanden sind, ausgeschnitten, die etwas größer sind als die 5-Cent-Stücke.
Aus dem Bierfilz werden zwei schmale Streifen geschnitten.
2. Nun wird gestapelt: ein Bierdeckel-Kreis, dann immer Münze / Filterpapier /
Alufolie usw., als Abschluss wieder ein Bierdeckel. Der ganze Stapel wird in einer
Klemme fixiert und etwas zusammengepresst.
3. Die gesamte Säule wird mit Essig übergossen, so dass die Filterpapiere alle getränkt
sind.
4. Zwischen der Münze am einen Ende der Säule und der Aluminiumfolie am anderen
Ende wird die Spannung gemessen.
5. Vergleichen Sie die Münzen zu Beginn und zu Ende des Versuchs!
weitere Sicherheitshinweise
Entsorgung
Kupferacetat: Die Münzen sollten nach der Durchführung des Versuches abgespült
werden, damit sich kein Kupferacetat bildet.
Hausmüll
Substitutions-Prüfung nicht erforderlich.
Gefahren durch Einatmen oder Hautkontakt mit dem Schema 1 (Heft 3, Seite 25 f) geprüft:
keine.
Brand- oder Explosionsgefahr mit Schema II (Heft 3, Seite27) geprüft: keine
Sonstige Gefahren mit Schema III (Heft 3, Seite 28) geprüft: keine
Maßnahmen: (Symbole bedeuten: Mindeststandards, Schutzbrille, Handschuhe, Abzug, geschl. System, Lüften, Brandschutz)
TRGS
500
Schülerversuch, Schutzstufe 1
Datum:.........................
Unterschrift:.........................................

30
7.3.2 Gefährdungsbeurteilung Leclanché-Element
Geräte
Stativ mit Klemme und Muffe
2 kleine Bechergläser
Reagenzglasklammer
Elektromotor, Messgerät, Kabel, Krokodilklemmen
Bierdeckel
Chemikalien Ammoniumchlorid R: S:
Mangandioxid Xn R: 20/22 S: (2)-25
Zinkblech-Elektrode R: - S: -
Kohle-Plattenelektrode R: - S: -
Stärke
Durchführung
1. Die Elektroden werden blank geschmirgelt, aus dem Bierdeckel wird eine Platte
geschnitten, die etwas kürzer ist als die Elektroden.
2. Es wird eine Mischung aus Mangandioxid, Wasser und Stärke angerührt, so dass
eine zähe Paste entsteht, im zweiten Becherglas wird eine gesättigte Ammoniumchloridlösung
hergestellt.
3. Die Kohleelektrode wird mit der Mischung bestrichen, darauf wird die Bierdeckel-
Pappe gelegt. Diese wird mit Ammoniumchlorid-Lösung getränkt. Hierauf wird die
Zink-Plattenelektrode gelegt, so dass sich an beiden Elektroden jeweils eine Krokodilklemme
befestigen lässt.
4. Die Batterie wird mit der RG-Klammer zusammengehalten, die RG-Klammer kann
in einem Stativ eingespannt werden. (Die RG-Klammer fungiert als Halter, da bei
zu großem Druck die Gefahr besteht, dass die Kohleplatte bricht.)
5. Die Spannung wird gemessen, es kann eine Entladekurve aufgenommen werden,
hierzu wird parallel ein kleiner Elektromotor oder ein Widerstand geschaltet.
weitere Sicherheitshinweise
Entsorgung
Geräte
Chemikalien
Durchführung
-
abgekratzte Paste und Bierfilz: Feststoffabfall
Substitutions-Prüfung nicht erforderlich.
Gefahren durch Einatmen oder Hautkontakt mit dem Schema 1 (Heft 3, Seite 25 f) geprüft:
keine.
Brand- oder Explosionsgefahr mit Schema II (Heft 3, Seite27) geprüft: keine
Sonstige Gefahren mit Schema III (Heft 3, Seite 28) geprüft: keine
Maßnahmen: (Symbole bedeuten: Mindeststandards, Schutzbrille, Handschuhe, Abzug, geschl. System, Lüften, Brandschutz)
TRGS
500
Schülerversuch, Schutzstufe 1
Datum:.........................
Unterschrift:.........................................

31
7.3.3 Gefährdungsbeurteilung Alkali-Mangan-Zelle
Geräte
Stativ mit Klemme und Muffe
kleines Becherglas
Papierhandtuch (4-lagig, Laborbedarf)
Pasteurpipette
Reagenzglasklammer
Elektromotor, Messgerät, Kabel, Krokodilklemmen
Chemikalien Kalilauge c= 1 mol·L -1 C R: 22-35 S: (1/2)-26-36/37/39-45
Mangandioxid Xn R: 20/22 S: (2)-25
Zinkblech-Elektrode R: - S: -
Eisenblech-Elektrode R: - S: -
Durchführung
1. Die Elektroden werden blank geschmirgelt
2. Es wird eine Mischung aus 1 mL Kalilauge und 1,5 g Braunstein angerührt
3. Die Eisenelektrode wird dünn mit der Mischung bestrichen, darauf wird eine Lage
des vierlagigen Papiers gelegt, dieses wird mit Kalilauge gut befeuchtet, hierauf
wird die Zinkelektrode gelegt. Es ist sinnvoll, die beiden Elektroden im 90°-Winkel
aufeinanderzulegen, da sich dann problemlos die Spannung messen lässt.
4. Die Batterie wird mit der RG-Klammer zusammengehalten und dann in eine Stativklemme
fest eingespannt (die RG-Klammer fungiert vor allem als Isolator)
5. Die Spannung wird gemessen, es kann eine Entladekurve aufgenommen werden,
hierzu wird parallel ein kleiner Elektromotor oder ein Widerstand geschaltet.
weitere Sicherheitshinweise
Entsorgung
Geräte
Chemikalien
Durchführung
-
Feststoffabfall
Substitutions-Prüfung nicht erforderlich.
Gefahren durch Einatmen oder Hautkontakt mit dem Schema 1 (Heft 3, Seite 25 f) geprüft:
keine.
Brand- oder Explosionsgefahr mit Schema II (Heft 3, Seite27) geprüft: keine
Sonstige Gefahren mit Schema III (Heft 3, Seite 28) geprüft: keine
Maßnahmen: (Symbole bedeuten: Mindeststandards, Schutzbrille, Handschuhe, Abzug, geschl. System, Lüften, Brandschutz)
TRGS
500
Schülerversuch, Schutzstufe 1
Datum:.........................
Unterschrift:.........................................

7.3.4 Gefährdungsbeurteilung Autobatterie (Blei-Akkumulator)
32
Geräte
Becherglas 50 mL
2 Bleibleche
Spannungsquelle, Kabel, 2 Krokodilklemmen, Verbraucher (z.B. kleiner Elektromotor)
Chemikalien Schwefelsäure c = ca. 2 mol·L -1
(Batteriesäure, siehe Entsorgung)
Durchführung
Xi R: 36/38 S: 26-30-45
1. Es wird eine Spannung von 2,5 V für etwa 2 Minuten angelegt.
2. Nach dem Abschalten der Spannungsquelle werden die Elektroden
a. über ein Voltmeter
b. über den Verbraucher (Glühbirnchen bzw. Elektromotor)
miteinander verbunden
Der Versuch wird mehrfach wiederholt, dabei reicht es, wenn die Spannung jeweils
nur für 1 min angelegt wird.
3. Es wird für ca. 1 min eine Spannung von 4 V angelegt.
Substitutions-Prüfung durchgeführt, keine Substitution möglich.
Gefahren durch Einatmen oder Hautkontakt mit dem Schema 1 (Heft 3, Seite 25 f) geprüft:
Bleistäube sind als erbgutschädigend und reproduktionstoxisch eingestuft, aus diesem Grund dürfen
die Bleche keinesfalls geschmirgelt werden und sollten auch nach Möglichkeit nicht mit den
Händen angefasst werden, diese sind ansonsten unmittelbar zu waschen.
Die Schwefelsäure wird in einer speziell beschrifteten Flasche (Schwefelsäure für Bleiakku) aufbewahrt
und kann immer wiederverwertet werden. Sie darf keinesfalls in den Ausguss gegeben werden!
Brand- oder Explosionsgefahr mit Schema II (Heft 3, Seite27) geprüft: keine
Sonstige Gefahren mit Schema III (Heft 3, Seite 28) geprüft: Abwassergefährdung, Entsorgung
beachten!
Maßnahmen: (Symbole bedeuten: Mindeststandards, Schutzbrille, Handschuhe, Abzug, geschl. System, Lüften, Brandschutz)
TRGS
500
Schülerversuch, Schutzstufe 1
Datum:.........................
Unterschrift:.........................................

7.3.5 Gefährdungsbeurteilung Nickel-Cadmium-Akku (NiCd)
33
Geräte
Becherglas 50 mL
Nickelnetz
Cadmiumblech
Spannungsquelle, Kabel, 2 Krokodilklemmen, Verbraucher (z.B. kleiner
Elektromotor), Universalmessgerät
Chemikalien Kalilauge c = 5 mol·L -1 C R: 35 S: 26-36/37/39-45
Durchführung
1. Die Nickelelektrode wird an den Plus-Pol der Spannungsquelle, das
Cadmiumblech an den Minuspol angeschlossen. Es wird 2 min mit
U = 2 V elektrolysiert (Elektrolyt: Kalilauge).
2. Die Nickel- und die Cadmiumelektrode werden über das Universalmessgerät
miteinander verbunden, die Spannung gemessen und die
Polung beobachtet.
3. Nach erneutem Elektrolysieren wird ein Verbraucher angeschlossen.
Substitutions-Prüfung durchgeführt, keine Substitution möglich.
Gefahren durch Einatmen oder Hautkontakt mit dem Schema 1 (Heft 3, Seite 25 f) geprüft:
Cadmiumstäube sind als krebserregend, erbgutschädigend und reproduktionstoxisch sowie sehr
giftig eingestuft, aus diesem Grund dürfen die Bleche keinesfalls geschmirgelt werden und sollten
auch nach Möglichkeit nicht mit den Händen angefasst werden, diese sind ansonsten unmittelbar
zu waschen.
Die Nickelnetzelektrode sollte nach Möglichkeit nicht mit der Haut in Berührung kommen, da Nickel
ein Kontaktallergen ist.
Die Kalilauge wird in einer speziell beschrifteten Flasche (Kalilauge für NiCd-Akku) aufbewahrt und
kann immer wiederverwertet werden. Sie darf keinesfalls in den Ausguss gegeben werden!
Brand- oder Explosionsgefahr mit Schema II (Heft 3, Seite27) geprüft: keine
Sonstige Gefahren mit Schema III (Heft 3, Seite 28) geprüft: Abwassergefährdung, Entsorgung
beachten!
Maßnahmen: (Symbole bedeuten: Mindeststandards, Schutzbrille, Handschuhe, Abzug, geschl. System, Lüften, Brandschutz)
TRGS
500
Lehrer-Demonstrationsversuch, Schutzstufe 2
Datum:.........................
Unterschrift:.........................................

34
7.3.6 Gefährdungsbeurteilung Nickel-Metallhydrid-Akkumulator (NiMH)
Geräte
Becherglas 50 mL
Nickelnetz (in Elektrochemiekästen enthalten, i.d.R. palladiniert)
Platinelektrode
Stromquelle, Universalmessgerät, 2 Kabel, Krokodilklemme
Chemikalien Kalilauge c = 5 mol·L -1 C R: 35 S: 26-36/37/39-45
Durchführung 1. Die Elektroden werden in ein Becherglas mit 25 mL Kalilauge gestellt,
dabei sollte die Nickelelektrode wegen möglicher Kontaktallergien
nicht mit der Hand angefasst werden.
2. Es wird ca. 2 min bei 2 V elektrolysiert, dabei wird das Nickelnetz als
Anode (Plus-Pol) und die Platinelektrode als Kathode (Minus-Pol) geschaltet.
3. Die Kabel werden von der Spannungsquelle getrennt und mit dem Universalmessgerät
(Messbereich: 2V =) verbunden.
4. Es wird eine Entladekurve aufgenommen (Spannung gegen Zeit, Intervalle:
zu Beginn 30 s, später 5 min)
Entsorgung
Schwermetallsalzhaltige Lösungen
Substitutions-Prüfung durchgeführt, keine Substitution möglich.
Gefahren durch Einatmen oder Hautkontakt mit dem Schema 1 (Heft 3, Seite 25 f) geprüft:
Brand- oder Explosionsgefahr mit Schema II (Heft 3, Seite27) geprüft: keine
Sonstige Gefahren mit Schema III (Heft 3, Seite 28) geprüft: Abwassergefährdung, Entsorgung
beachten!
Maßnahmen: (Symbole bedeuten: Mindeststandards, Schutzbrille, Handschuhe, Abzug, geschl. System, Lüften, Brandschutz)
TRGS
500
Schülerversuch, Schutzstufe 2
Datum:.........................
Unterschrift:.........................................